JP2917388B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2917388B2
JP2917388B2 JP9070890A JP9070890A JP2917388B2 JP 2917388 B2 JP2917388 B2 JP 2917388B2 JP 9070890 A JP9070890 A JP 9070890A JP 9070890 A JP9070890 A JP 9070890A JP 2917388 B2 JP2917388 B2 JP 2917388B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置の製造方法に関わり、特に、大
粒径Si膜の形成方法、及ゲート絶縁膜の形成方法に関す
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a large grain Si film and a method for forming a gate insulating film.

[従来の技術] 非晶質絶縁基板あるいは非晶質絶縁膜上に,結晶方位
の揃った結晶粒径の大きな多結晶シリコン薄膜、あるい
は単結晶シリコン薄膜を形成する方法は、SOI(Silicon
On Insulator)技術として知られている。{参考文献
SOI構造形成技術,産業図書}。大きく分類すると、
再結晶化法、エピタキシャル法、絶縁層埋め込み法、貼
り合わせ法という方法がある。再結晶化法は、レーザー
アニールあるいは電子ビームアニールによりシリコンを
溶解再結晶化させる方法と、溶解する温度までは昇温さ
れずに固相成長させる固相成長法の2つに分類される。
比較的低温で再結晶化できるという点で固相成長法が優
れている。550℃の低温熱処理にもかかわらずシリコン
薄膜の結晶粒が成長したという結果も報告されている。
{参考文献 IEEE Electron Device Letters, voi.EDL
−8,No.8,p361,August 1987}。さらに近年、SOIあるい
は、三次元ICや、大型液晶表示パネルや、高速で高解像
度の密着型イメージセンサ等へのニーズが高まるにつれ
て、低温で良質のゲート絶縁膜を形成する技術が重要と
なってきた。熱酸化法は、900〜1200℃程度の高温プロ
セスであるため、(1)安価なガラス基板上に素子を形
成できない。(2)不純物の横拡散。(3)三次元ICで
は下層部の素子に悪影響(不純物の拡散など)を与える
(4)poly−Siの熱酸化膜は絶縁耐圧が不十分で界面準
位密度が大きい等の問題がある。現在、CDV法や、光CDV
法や、プラズマCDV法などでゲート酸化膜を形成する技
術が検討されている。
[Prior Art] A method of forming a polycrystalline silicon thin film or a single crystal silicon thin film having a uniform crystal orientation and a large crystal grain size on an amorphous insulating substrate or an amorphous insulating film is known as SOI (Silicon).
On Insulator) technology. {References
SOI structure formation technology, industrial books II. Broadly speaking,
There are methods such as a recrystallization method, an epitaxial method, an insulating layer embedding method, and a bonding method. Recrystallization methods are classified into two methods: a method in which silicon is dissolved and recrystallized by laser annealing or electron beam annealing, and a solid phase growth method in which solid phase growth is performed without raising the temperature to the melting temperature.
The solid phase growth method is superior in that it can be recrystallized at a relatively low temperature. It has also been reported that despite the low-temperature heat treatment at 550 ° C., the crystal grains of the silicon thin film grew.
{References IEEE Electron Device Letters, voi.EDL
-8, No. 8, p361, August 1987}. Furthermore, in recent years, as the need for SOI or three-dimensional ICs, large liquid crystal display panels, and high-speed, high-resolution contact-type image sensors has increased, the technology of forming high-quality gate insulating films at low temperatures has become important. Was. Since the thermal oxidation method is a high-temperature process of about 900 to 1200 ° C., (1) an element cannot be formed on an inexpensive glass substrate. (2) Lateral diffusion of impurities. (3) In a three-dimensional IC, a lower layer element is adversely affected (diffusion of impurities, etc.). (4) A thermal oxide film of poly-Si has problems such as insufficient insulation withstand voltage and high interface state density. Currently, CDV method and optical CDV
Techniques for forming a gate oxide film by a plasma CVD method or a plasma CDV method are being studied.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の固相成長法では、非晶質シリコ
ン膜を堆積させた後、一旦大気中に取り出してから固相
成長工程にはいっていた。従って非晶質シリコン膜表面
には結晶成長の妨げとなる酸素やその他の不純物が吸着
しており充分に結晶成長していなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional solid phase growth method, after depositing an amorphous silicon film, the amorphous silicon film is once taken out to the atmosphere and then entered into the solid phase growth step. Therefore, oxygen and other impurities that hinder crystal growth are adsorbed on the surface of the amorphous silicon film, and crystal growth is not sufficiently performed.

また、従来のゲート酸化膜形成方法では、やはりシリ
コン膜表面が一旦大気にさらされるので、従来プロセス
で形成された界面にはコンタミネーションが付着し、界
面準位密度の大きな界面となってしまい、TFTを作成し
た場合には、ON電流が少なく、サブシュレシュホルド領
域の立ち上がりが鈍い。
In addition, in the conventional method of forming a gate oxide film, the surface of the silicon film is once exposed to the air, so that contamination is attached to the interface formed by the conventional process, resulting in an interface having a large interface state density. When a TFT is formed, the ON current is small, and the rise of the sub-Shreshhold region is slow.

本発明は、この様な問題点を解決し、結晶粒径の大き
なシリコン膜を簡単な固相成長法によって形成し、さら
に界面準位密度の小さな酸化膜界面を作成して非常に優
れた特性を有するTFTを実現することを目的としてい
る。
The present invention solves such a problem, forms a silicon film having a large crystal grain size by a simple solid-phase growth method, and further creates an oxide film interface with a small interface state density to obtain an extremely excellent characteristic. It is intended to realize a TFT having:

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に非晶質半
導体薄膜を形成する工程と、前記非晶質半導体薄膜を大
気にさらすことなく前記非晶質半導体薄膜を熱処理して
結晶成長膜を形成する工程と、前記結晶成長膜を大気に
さらすことなく前記結晶成長膜上に第1酸化膜を形成す
る工程と、前記第1酸化膜と前記結晶成長膜をパターニ
ングする工程と、前記前記第1酸化膜上に且つ前記結晶
成長膜の側面に接するように第2酸化膜を形成する工程
と、しかる後に前記第2酸化膜上にゲート電極を形成し
て、前記結晶成長膜に選択的に不純物を注入する工程と
を有することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an amorphous semiconductor thin film on a substrate, and a step of exposing the amorphous semiconductor thin film to the amorphous semiconductor film without exposing the amorphous semiconductor thin film to the atmosphere. Heat treating the thin film to form a crystal growth film, forming a first oxide film on the crystal growth film without exposing the crystal growth film to the atmosphere, the first oxide film and the crystal growth film Patterning, forming a second oxide film on the first oxide film and in contact with a side surface of the crystal growth film, and then forming a gate electrode on the second oxide film. Selectively implanting impurities into the crystal growth film.

本発明の半導体装置の製造方法は、前記第1酸化膜
は、プラズマ酸化法により形成されてなることを特徴と
する。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first oxide film is formed by a plasma oxidation method.

本発明の半導体装置の製造方法は、モノシラン(Si
H4)あるいはジシラン(SiH6)あるいはトリシラン(Si
3H6)を少なくとも含む混合ガスを導入し、基板上に非
晶質半導体薄膜を形成する工程と、前記混合ガスを排気
して大気にさらすことなく、もしくは前記混合ガスを不
活性ガスに置換した後、前記非晶質半導体薄膜を結晶成
長させて結晶成長膜を形成する工程と、前記結晶成長膜
を大気にさらすことなく前記結晶成長膜表面を酸化させ
て第1酸化膜を形成する工程と、前記第1酸化膜と前記
結晶成長膜をパターニングする工程と、前記前記第1酸
化膜の上に且つ前記結晶成長膜の側面に接するように第
2酸化膜を形成する工程と、しかる後に前記第2酸化膜
上にゲート電極を形成して、前記結晶成長膜に選択的に
不純物を注入する工程とを有することを特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of:
H 4 ) or disilane (SiH 6 ) or trisilane (Si
Introducing a mixed gas containing at least 3 H 6 ) to form an amorphous semiconductor thin film on the substrate; and exhausting the mixed gas without exposing the mixed gas to the atmosphere or replacing the mixed gas with an inert gas. Forming a crystal growth film by growing the amorphous semiconductor thin film and forming a first oxide film by oxidizing a surface of the crystal growth film without exposing the crystal growth film to the atmosphere. Patterning the first oxide film and the crystal growth film; forming a second oxide film on the first oxide film and in contact with a side surface of the crystal growth film; Forming a gate electrode on the second oxide film and selectively implanting impurities into the crystal growth film.

[実施例] 第1図(a)に於て、1−1は非晶質絶縁基板であ
る。石英基盤あるいはガラス基板などが用いられる。Si
O4で覆われたSi基板用いることもある。石英基板あるい
はSiO2で覆われたSi基板を用いる場合は1200℃の高温プ
ロセスにも耐えることができるが、ガラス基板を用いる
場合は軟化温度が低いために約600℃以下の低温プロセ
スに制限される。また、ガラス基板は、酸化膜あるいは
窒化膜でコーティングして基板からの不純物のしみだし
を防止して用いられることもある。はじめに非晶質絶縁
基盤1−1上にa−Si膜1−2を堆積させる。該a−Si
膜1−2は一様で、微小な結晶子は含まれておらず結晶
成長膜の核が全く存在しないことが望ましい。堆積方法
としてはEB(Electron Beam)蒸着法やスパッタ法やCVD
法や光CVD法やプラズマCVD法がある。プラズマCVD法
は、光起電力素子や、フォトダイオードや、感光ドラム
などを作製する場合によく用いられる方法である。a−
Si:H膜を堆積させるには、シランガス(SiH4)をへリウ
ムガス(He)あるいは水素ガス(H2)で適した濃度に希
釈し、高周波電圧を印加して、分解堆積させる。プラズ
マCDV法の場合は、基板温度が500℃以下でも成膜でき
る。前記シランガスの代わりにジシランガスあるいはト
リシランガスを用いると、さらに低い基板温度でも成膜
することが可能となる。また、デポ直前に水素プラズマ
あるいはアルゴンプラズマ処理を行えば、基板表面の清
浄化と成膜を連続的に行うことができる。第2図にプラ
ズマCDV装置のチェンバーの断面模式図を示す。2−1
はチェンバー、2−2は高周波電源、2−3は基板ホル
ダー、2−4は基板を示している。
Example In FIG. 1A, 1-1 is an amorphous insulating substrate. A quartz substrate or a glass substrate is used. Si
In some cases, a Si substrate covered with O 4 may be used. When a quartz substrate or a Si substrate covered with SiO 2 is used, it can withstand a high-temperature process at 1200 ° C, but when using a glass substrate, it is limited to a low-temperature process of about 600 ° C or less due to its low softening temperature. You. In addition, a glass substrate is sometimes used by coating it with an oxide film or a nitride film to prevent seepage of impurities from the substrate. First, an a-Si film 1-2 is deposited on the amorphous insulating substrate 1-1. The a-Si
It is desirable that the film 1-2 is uniform, does not contain fine crystallites, and has no nuclei of the crystal growth film. Deposition methods include EB (Electron Beam) evaporation, sputtering, and CVD.
Method, photo-CVD method, and plasma CVD method. The plasma CVD method is a method often used for manufacturing a photovoltaic element, a photodiode, a photosensitive drum, and the like. a-
To deposit a Si: H film, silane gas (SiH 4 ) is diluted with helium gas (H e ) or hydrogen gas (H 2 ) to an appropriate concentration, and a high-frequency voltage is applied to cause decomposition and deposition. In the case of the plasma CDV method, a film can be formed even at a substrate temperature of 500 ° C. or lower. When a disilane gas or a trisilane gas is used instead of the silane gas, a film can be formed even at a lower substrate temperature. Further, if hydrogen plasma or argon plasma treatment is performed immediately before deposition, cleaning and film formation of the substrate surface can be continuously performed. FIG. 2 is a schematic sectional view of a chamber of the plasma CDV device. 2-1
Denotes a chamber, 2-2 denotes a high frequency power supply, 2-3 denotes a substrate holder, and 2-4 denotes a substrate.

a−Si:H膜の成膜が終わったら、成膜にもちいたシラ
ンなどの反応ガスを排気し、チェンバー内の真空に引
く。このときの到達真空度は少なくとも1×10-5Torr以
下であることが望ましい。
After the formation of the a-Si: H film, the reaction gas such as silane used for the film formation is exhausted, and a vacuum is drawn in the chamber. At this time, the ultimate vacuum is desirably at least 1 × 10 −5 Torr or less.

つづいて、チェンバー内の基板ホルダー2−3を徐々
に加熱して、前記a−Si:H膜1−2を固相成長させる。
このときの加熱温度は600℃または700℃を上限とする。
この様な低温アニールでは選択的に、結晶成長の活性化
エネルギーの小さな結晶方位を持つ結晶粒のみが成長
し、しかもゆっくりと大きく成長する。第1図(b)に
おいて1−3は固相成長Si膜を示している。また第2図
の2−1で示した前記チェンバー内は窒素ガスやヘリウ
ムガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気でもよい。
a−Si:H膜からの水素放出が急激にならないように昇温
速度vupはなるべく小さくするのが望ましい。固相成長
終了後、降温速度vdownはvupよりも小さいほうがよい。
第3図の(a)に固相成長アニール昇温カーブを示す。
縦軸はアニール温度、横軸は時間を示している。水素の
放出を徐々に行なうために450℃程度の温度でしばらく
の時間保持してアニールしてもよい。その昇温カーブを
第3図(b)に示す。
Subsequently, the substrate holder 2-3 in the chamber is gradually heated to solid-phase grow the a-Si: H film 1-2.
The upper limit of the heating temperature at this time is 600 ° C or 700 ° C.
In such low-temperature annealing, only crystal grains having a crystal orientation with a small activation energy for crystal growth grow selectively and grow slowly and slowly. In FIG. 1B, reference numeral 1-3 denotes a solid-phase grown Si film. Further, the inside of the chamber indicated by 2-1 in FIG. 2 may be an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas, a helium gas, or an argon gas.
It is desirable that the temperature raising rate v up be as small as possible so as to prevent rapid release of hydrogen from the a-Si: H film. After the solid phase growth is completed, the temperature lowering rate v down is preferably smaller than v up .
FIG. 3A shows a solid phase growth annealing temperature rise curve.
The vertical axis indicates the annealing temperature, and the horizontal axis indicates the time. In order to gradually release hydrogen, annealing may be performed while holding at a temperature of about 450 ° C. for a while. The temperature rise curve is shown in FIG.

続いて、固相成長Si膜を大気にさらすことなく連続し
て酸化膜を形成する。前工程で固相成長が終わったらチ
ェンバー内を再び真空にひく。真空度が約1×10-6Torr
以下程度になったところでチェンバー内に酸素ガスを導
入する。そして高周波電力を印加して酸素プラズマを発
生させ、前記固相成長Si膜1−3の表面をプラズマ酸化
させ、薄い酸化膜1−4を形成する。前記チェンバー内
圧は0.1〜1Torr程度の酸素雰囲気とし、基板温度は室温
から500℃程度とする。200℃程度でも充分である。高周
波電力は100W〜1000Wの範囲で印加する。酸化膜1−4
はプラズマ酸化法ばかりではなく、N20ガスとシランガ
スの混合ガスをグロー放電分解させるプラズマCDV法で
堆積させて作成してもよい。酸化膜1−4形成後、約50
0℃以下のアニールにより前記酸化膜1−4を緻密化さ
せてもよい。
Subsequently, an oxide film is continuously formed without exposing the solid-phase grown Si film to the atmosphere. After the solid phase growth is completed in the previous step, the inside of the chamber is evacuated again. About 1 × 10 -6 Torr vacuum
Oxygen gas is introduced into the chamber when the temperature becomes below. Then, high-frequency power is applied to generate oxygen plasma, and the surface of the solid-phase-grown Si film 1-3 is plasma-oxidized to form a thin oxide film 1-4. The internal pressure of the chamber is an oxygen atmosphere of about 0.1 to 1 Torr, and the substrate temperature is from room temperature to about 500 ° C. About 200 ° C is enough. High frequency power is applied in the range of 100W to 1000W. Oxide film 1-4
May be formed not only by a plasma oxidation method but also by a plasma CDV method in which a mixed gas of N20 gas and silane gas is decomposed by glow discharge. After forming oxide film 1-4, about 50
The oxide film 1-4 may be densified by annealing at 0 ° C. or lower.

次に前記酸化膜1−4をフォトリソグラフィ法により
パターニングし、続いて固相成長Si膜をエッチングして
第1図(d)に示すように島状にする。成膜後、この工
程で初めて基板が大気に取り出される。
Next, the oxide film 1-4 is patterned by photolithography, and then the solid-phase grown Si film is etched to form an island shape as shown in FIG. After film formation, the substrate is first taken out to the atmosphere in this step.

次に第1図(e)に示されるように、第2層の酸化膜
1−5を堆積させる。堆積方法としては、LPCVD法、あ
るいは光励起CVD法、あるいはプラズマCVD法、ECRプラ
ズマCVD法、あるいは高真空蒸着法等の方法がある。
Next, as shown in FIG. 1E, a second layer oxide film 1-5 is deposited. As a deposition method, there are methods such as an LPCVD method, a photo-excitation CVD method, a plasma CVD method, an ECR plasma CVD method, and a high vacuum evaporation method.

続いて第1図(f)に示されるように、ゲート電極1
−6を形成する。該ゲート電極材料としては多結晶シリ
コン薄膜、あるいはモリブデンシリサイド、あるいはア
ルミニュウムやクロムなどのような金属膜、あるいはIT
OやSnO2などのような透明性導電膜などを用いることが
できる。成膜方法としては、プラズマCDV法、CVD法、ス
パッタ法、真空蒸着法、等の方法がある。プラズマCVD
法によりリン、あるいはボロンをドープしたa−Si:H膜
を堆積して固相成長させたSi膜をゲート電極として用い
るとゲート配線抵抗を低減することが出来る。
Subsequently, as shown in FIG.
-6 is formed. As the gate electrode material, a polycrystalline silicon thin film, molybdenum silicide, or a metal film such as aluminum or chromium, or IT
A transparent conductive film such as O or SnO 2 can be used. As a film forming method, there are a plasma CDV method, a CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, and the like. Plasma CVD
When an a-Si: H film doped with phosphorus or boron is deposited by a method and solid-phase grown is used as a gate electrode, gate wiring resistance can be reduced.

続いて第1図(g)に示すように、前記ゲート電極1
−6をマスクとして不純物をイオン注入し、自己整合的
にソース領域1−7およびドレイン領域1−8を形成す
る。前記不純物としては、Nchトランジスタを作製する
場合P+あるいはAs+を用い、Pchトランジスタを作製する
場合はB+等を用いる。不純物添加方法としては、イオン
注入法の他に、レーザードーピング法あるいはプラズマ
ドーピング法などの方法がある。1−9で示される矢印
は不純物のイオンビームを表している。前記非晶質絶縁
基盤1−1として石英基板を用いた場合には熱拡散法を
使うことができる。不純物濃度は、1×1015から1×10
20cm-3程度とする。
Subsequently, as shown in FIG.
Using -6 as a mask, an impurity is ion-implanted to form a source region 1-7 and a drain region 1-8 in a self-aligned manner. As the impurity, P + or As + is used for forming an Nch transistor, and B + or the like is used for forming a Pch transistor. As a method for adding impurities, there is a method such as a laser doping method or a plasma doping method in addition to the ion implantation method. Arrows indicated by 1-9 indicate ion beams of impurities. When a quartz substrate is used as the amorphous insulating substrate 1-1, a thermal diffusion method can be used. The impurity concentration is 1 × 10 15 to 1 × 10
It should be about 20 cm -3 .

続いて第1図(h)に示されるように、層間絶縁膜1
−10を積層する。該層間絶縁膜材料としては、酸化膜あ
るいは窒化膜などを用いる。絶縁性が良好ならば膜厚は
いくらでもよいが、数千Åから数μm程度が普通であ
る。窒化膜の形成方法としては、LPCVD法あるいはプラ
ズマCVD法などが簡単である。反応には、アンモニアガ
ス(NH3)とシランガスと窒素ガスとの混合ガス、ある
いはシランガス窒素ガスとの混合ガスなどを用いる。
Subsequently, as shown in FIG.
-10 is laminated. As the material of the interlayer insulating film, an oxide film or a nitride film is used. The film thickness may be any as long as the insulating property is good, but is usually about several thousand to several μm. As a method for forming a nitride film, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like is simple. For the reaction, a mixed gas of ammonia gas (NH 3 ), silane gas, and nitrogen gas, or a mixed gas of silane gas and nitrogen gas is used.

ここで、水素プラズマ法、あるいは水素イオン注入
法、あるいはプラズマ窒化膜からの水素の拡散法などの
方法で水素イオンを導入すると,ゲート酸化膜界面など
に存在するダングリングボンドなどの欠陥が不活性化さ
れる。この様な水素化工程は、層間絶縁膜1−10を積層
する前におこなってもよい。
Here, when hydrogen ions are introduced by a method such as a hydrogen plasma method, a hydrogen ion implantation method, or a method of diffusing hydrogen from a plasma nitride film, defects such as dangling bonds existing at the gate oxide film interface and the like become inactive. Be transformed into Such a hydrogenation step may be performed before stacking the interlayer insulating films 1-10.

次に第1図(i)に示すように、前記層間絶縁膜及び
ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成し、コンタクト
電極を形成しソース電極1−11およびドレイン電極1−
12とする。ソース電極及びドレイン電極は、アルミニュ
ウムなどの金属材料で形成する。この様にして薄膜トラ
ンジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 1 (i), a contact hole is formed in the interlayer insulating film and the gate insulating film, a contact electrode is formed, and a source electrode 1-11 and a drain electrode 1-1 are formed.
It is assumed to be 12. The source electrode and the drain electrode are formed using a metal material such as aluminum. Thus, a thin film transistor is formed.

従来の固相成長法では、例えばa−Si膜を堆積した後
固相成長アニールするためにチェンバーから大気に取り
出してからアニール炉に再び設置していた。このように
前記a−Si膜は大気にさらされてから固相成長するとい
う工程であった。従ってa−Si膜表面は酸素をはじめ結
晶成長を妨げるような不純物によって汚染されており、
Si膜の結晶粒径を大きくさせたり結晶性を改善させるた
めに数十から数百という長いアニール時間が必要であっ
た。
In the conventional solid-phase growth method, for example, after an a-Si film is deposited, it is taken out of the chamber to the atmosphere for solid-phase growth annealing and then installed again in an annealing furnace. In this way, the a-Si film was subjected to solid phase growth after being exposed to the air. Therefore, the surface of the a-Si film is contaminated with impurities such as oxygen that hinder crystal growth.
A long annealing time of several tens to several hundreds was required to increase the crystal grain size and improve the crystallinity of the Si film.

さらに、従来の固相成長法を用いた薄膜トランジスタ
の製造方法では、ゲート酸化膜を形成するために、a−
Si:H膜を固相成長させた後チェンバーから取り出してい
たので、固相成長Si膜の表面が一旦大気にさらされてい
た。従って、表面には様々なコンタミネーションが付着
して汚染されていた。この様にして形成されたゲート酸
化膜界面は界面準位密度が大きくトランジスタ特性を劣
化させる原因となっていた。さらに、素子の信頼性や特
性の安定性を低下させる原因ともなっていた。
Further, in a conventional method of manufacturing a thin film transistor using a solid phase growth method, a-
Since the Si: H film was removed from the chamber after solid phase growth, the surface of the solid phase grown Si film was once exposed to the atmosphere. Therefore, various contaminants adhered to the surface and were contaminated. The interface of the gate oxide film formed in this manner has a large interface state density, causing deterioration of transistor characteristics. Further, it has been a cause of deteriorating the reliability and stability of characteristics of the element.

本発明によれば、a−Si:H膜の成膜と固相成長さらに
ゲート酸化膜界面を同一チェンバー内で連続して処理す
ることが出来る。従ってa−Si:H膜の固相成長に要する
時間が短縮され数時間のアニールで結晶粒径の大きな優
れた結晶性の固相成長Si膜が得られる。さらに非常に清
浄なゲート酸化膜界面が形成されるので界面の界面順位
密度が低減し、信頼性の高い素子の実現が可能となる。
According to the present invention, the formation of an a-Si: H film, solid phase growth, and the gate oxide film interface can be continuously processed in the same chamber. Therefore, the time required for the solid phase growth of the a-Si: H film is reduced, and a solid phase grown Si film having a large crystal grain size and excellent crystallinity can be obtained by annealing for several hours. Further, since a very clean gate oxide film interface is formed, the interface order density of the interface is reduced, and a highly reliable device can be realized.

従来ゲート絶縁膜が適していなかったために、固相成
長された良好なSi膜を用いてTFTを作製しても充分な絶
縁耐圧や、良好な特性が得られていなかったが、本発明
により、非常に優れた固相成長TFTを実現することが可
能となる。
Conventionally, since a gate insulating film was not suitable, a sufficient withstand voltage and a good characteristic were not obtained even when a TFT was manufactured using a good solid-phase grown Si film, but according to the present invention, It is possible to realize a very excellent solid-phase growth TFT.

数千〜数百℃の基板温度で堆積可能なので、軟化温度
の低いガラス基板を用いることもできる。
Since deposition can be performed at a substrate temperature of several thousand to several hundred degrees Celsius, a glass substrate having a low softening temperature can be used.

低温で熱酸化SiO2膜に近い特性を有するゲート絶縁膜
を得ることができるので、SOI技術の発展に大きく寄与
するものである。フォトリソグラフィ工程数はまったく
増えない。600℃以下の低温のプロセスでも作製が可能
なので、価格が安くて耐熱温度が低いガラス基板をもち
いることができる。優れたシリコン薄膜が得られるのに
かかわらずコストアップとはならない。
Since a gate insulating film having characteristics close to a thermally oxidized SiO 2 film can be obtained at a low temperature, it greatly contributes to the development of SOI technology. The number of photolithography steps does not increase at all. Since it can be manufactured even in a low-temperature process of 600 ° C. or less, a glass substrate that is inexpensive and has a low heat-resistant temperature can be used. Although an excellent silicon thin film can be obtained, the cost does not increase.

本発明によって得られたゲート絶縁膜と大粒径多結晶
シリコン薄膜を用いて薄膜トランジスタを作成すると、
優れた特性が得られる。従来に比べて、薄膜トランジス
タのON電流は増大しOFF電流は小さくなる。またスレッ
シュホル電圧も小さくなりトランジスタ特性が大きく改
善される。NチャネルとPチャネルとの特性の不釣合い
さも改善される。
When a thin film transistor is formed using the gate insulating film and the large grain polycrystalline silicon thin film obtained by the present invention,
Excellent characteristics are obtained. Compared with the conventional case, the ON current of the thin film transistor increases and the OFF current decreases. Also, the threshold voltage is reduced, and the transistor characteristics are greatly improved. The unbalance between the characteristics of the N channel and the P channel is also improved.

非晶質絶縁基板上に優れた特性の薄膜トランジスタを
作製することが可能となるので、ドライバー回路を同一
基板上に集積したアクティブマトリクス基板に応用した
場合にも十分な高速動作が実現される。さらに、電源電
圧の低減、消費電流の低減、信頼性の向上に対して大き
な効果がある。また、600℃以下の低温プロセスによる
作製も可能なので、アクティブマトリクス基板の低価格
化及び大面積化に対してもその効果は大きい。
Since a thin film transistor having excellent characteristics can be manufactured over an amorphous insulating substrate, a sufficiently high-speed operation can be realized even when the driver circuit is applied to an active matrix substrate integrated on the same substrate. Furthermore, there is a great effect on reduction of power supply voltage, reduction of current consumption, and improvement of reliability. Further, since it can be manufactured by a low-temperature process of 600 ° C. or less, the effect is large even when the active matrix substrate is reduced in cost and its area is increased.

本発明を、光電変換素子とその走査回路を同一チップ
内に集積した密着型イメージセンサーに応用した場合に
は、読み取り速度の高速化、高解像度化、さらに階調を
とる場合に非常に大きな効果をうみだす。高解像度化が
達成されるとカラー読み取り用密着型イメージセンサー
への応用も容易となる。もちろん電源電圧の低減、消費
電流の低減、信頼性の向上に対してもその効果は大き
い。また低温プロセスによって作製することができるの
で、密着型イメージセンサーチップの長尺化が可能とな
り、一本のチップでA4サイズあるいはA3サイズの様な大
型ファクシミリ用の読み取り装置を実現できる。従っ
て、センサーチップの二本継ぎのような手数がかかり信
頼性の悪い技術を回避することができ、実装歩留りも向
上される。
When the present invention is applied to a contact type image sensor in which a photoelectric conversion element and its scanning circuit are integrated in the same chip, a very large effect is obtained when reading speed is increased, resolution is increased, and further gradation is obtained. Produce When a higher resolution is achieved, application to a contact image sensor for color reading becomes easier. Of course, the effect is great also for reduction of power supply voltage, reduction of current consumption, and improvement of reliability. Further, since it can be manufactured by a low-temperature process, the length of the contact-type image sensor chip can be increased, and a single chip can realize a reading device for large facsimile such as A4 size or A3 size. Therefore, it is possible to avoid troublesome techniques such as double splicing of sensor chips and unreliable technology, and the mounting yield is improved.

この他、高精細液晶テレビあるいは駆動回路を同一基
板上に集積したサーマルヘッドへの応用も可能となる。
In addition, application to a high-definition liquid crystal television or a thermal head in which drive circuits are integrated on the same substrate is also possible.

石英基板やガラス基板だけではなく、サファイア基板
(Al2O3)あるいはMgO・Al2O3,BP,CaF2等の結晶性絶縁
基板も用いることができる。
Not only quartz substrate or a glass substrate, a sapphire substrate (Al 2 O 3) or MgO · Al 2 O 3, BP , can be used crystalline insulating substrate CaF 2 and the like.

以上実施例では薄膜トランジスタを例として説明した
が、通常のMOSトランジスタやバイポーラトランジスタ
あるいはヘテロ接合バイポーラトランジスタなど薄膜を
利用した素子に対しても、本発明を応用することができ
る。また、三次元デバイスのようなSOI技術を利用した
素子に対しても、本発明を応用することができる。
Although the above embodiments have been described with reference to thin film transistors as an example, the present invention can be applied to devices using thin films such as ordinary MOS transistors, bipolar transistors, and heterojunction bipolar transistors. Further, the present invention can be applied to an element utilizing SOI technology such as a three-dimensional device.

なお実施例では、非晶質半導体薄膜の形成方法として
プラズマCVD装置を用いた場合について説明したが、EB
蒸着法やスパッタ法や減圧CVD法等他の方法を用いるこ
ともできる。また、固相成長やゲート酸化を同一チェン
バー内で行うとして説明したが、基板を大気に取り出さ
なければ別のチェンバーを用いても問題はない。
In the embodiment, a case where a plasma CVD apparatus is used as a method for forming an amorphous semiconductor thin film has been described.
Other methods such as an evaporation method, a sputtering method, and a reduced pressure CVD method can also be used. In addition, although it has been described that solid phase growth and gate oxidation are performed in the same chamber, there is no problem even if another chamber is used unless the substrate is taken out to the atmosphere.

[発明の効果] 以上の如く、本発明の構成によれば、清浄なゲート絶
縁膜界面が形成されるので、信頼性の高い素子の実現が
可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the configuration of the present invention, a clean gate insulating film interface is formed, so that a highly reliable element can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)から(i)は、本発明の実施例を示す工程
断面図である。 第2図は、プラズマCVD装置のチェンバー断面図であ
る。 第3図(a)と(b)は、固相成長のアニール条件示す
昇温カーブを示す図である。 1−2;a−Si:H膜 1−3;固相成長Si膜 1−4;薄いゲート界面 1−5;第2層目の酸化膜
1 (a) to 1 (i) are process sectional views showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of a chamber of the plasma CVD apparatus. 3 (a) and 3 (b) are diagrams showing a temperature rise curve showing annealing conditions for solid phase growth. 1-2; a-Si: H film 1-3; solid-phase grown Si film 1-4; thin gate interface 1-5; second oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程
と、前記非晶質半導体薄膜を大気にさらすことなく前記
非晶質半導体薄膜を熱処理して結晶成長膜を形成する工
程と、前記結晶成長膜を大気にさらすことなく前記結晶
成長膜上に第1酸化膜を形成する工程と、前記1酸化膜
と前記結晶成長膜をパターニングする工程と、前記前記
第1酸化膜上に且つ前記結晶成長膜の側面に接するよう
に第2酸化膜を形成する工程と、しかる後に前記第2酸
化膜上にゲート電極を形成して、前記結晶成長膜に選択
的に不純物を注入する工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
A step of forming an amorphous semiconductor thin film on a substrate; a step of heat-treating the amorphous semiconductor thin film without exposing the amorphous semiconductor thin film to the atmosphere to form a crystal growth film; Forming a first oxide film on the crystal growth film without exposing the crystal growth film to the atmosphere, patterning the first oxide film and the crystal growth film; Forming a second oxide film so as to be in contact with a side surface of the crystal growth film, and thereafter forming a gate electrode on the second oxide film and selectively implanting impurities into the crystal growth film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】前記第1酸化膜は、プラズマ酸化法により
形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the first oxide film is formed by a plasma oxidation method.
【請求項3】モノシラン(SiH4)あるいはジシラン(Si
H6)あるいはトリシラン(Si3H6)を少なくとも含む混
合ガスを導入し、基板上に非晶質半導体薄膜を形成する
工程と、 前記混合ガスを排気して大気にさらすことなく、もしく
は前記混合ガスを不活性ガスに置換した後、前記非晶質
半導体薄膜を結晶成長膜を結晶成長させて形成する工程
と、 前記結晶成長膜を大気にさらすことなく前記結晶成長膜
表面を酸化させて第1酸化膜を形成する工程と、 前記第1酸化膜と前記結晶成長膜をパターニングする工
程と、 前記前記第1酸化膜の上に且つ前記結晶成長膜の側面に
接するように第2酸化膜を形成する工程と、 しかる後に前記第2酸化膜上にゲート電極を形成して、
前記結晶成長膜に選択的に不純物を注入する工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A monosilane (SiH 4 ) or disilane (SiH 4 )
A step of introducing a mixed gas containing at least H 6 ) or trisilane (Si 3 H 6 ) to form an amorphous semiconductor thin film on a substrate; and Replacing the gas with an inert gas, forming the amorphous semiconductor thin film by crystal growth of a crystal growth film, and oxidizing the crystal growth film surface without exposing the crystal growth film to the atmosphere. Forming a first oxide film; patterning the first oxide film and the crystal growth film; forming a second oxide film on the first oxide film and in contact with a side surface of the crystal growth film. Forming a gate electrode on the second oxide film,
Selectively implanting impurities into the crystal growth film.
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